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Synthesis and evaluation of chiral cation and zwitterion exchanger materials for chromatography
Christian Hoffmann
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Wolfgang Lindner
DOI
10.25365/thesis.2801
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29104.61820.680769-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Flüssigchromatographie unter Verwendung von chiralen stationären Phasen (CSPs) ist von zentraler Bedeutung sowohl als Werkzeug in der Enantiomerenanalytik als auch für die Gewinnung von hoch enantiomerenreinen chiralen Substanzen im präparativen Maßstab.
In der vorliegenden Arbeit werden die Entwicklung von mehreren neuartigen, auf dem Ionenaustauscherprinzip aufbauenden CSPs und deren Evaluierung für die Enantiomerentrennung in der HPLC vorgestellt. Als funktionelle Einheiten dieser CSPs fungieren synthetische niedermolekulare chirale Selektoren (SOs).
Zunächst wurden SOs vom starken Kationenaustauscher-Typ (strong cation exchanger, SCX) hergestellt die als chirale Gruppe eine beta-Aminocyclohexansulfonsäure beinhalteten. Die darauf aufbauenden CSPs ermöglichten die Basislinientrennung einer Reihe von chiralen basischen Wirkstoffen. In einer weiteren Studie über diese SCX-SOs, zu der ein Quinidin-basierter, entgegengesetzt geladener SO vom Anionentauscher-Typ (anion exchanger, AX) hinzugezogen wurde, konnte mit Hilfe von HPLC und Röntgenstrukturanalyse der molekulare Erkennungsmechanismus dieser AX- und CX-SOs aufgezeigt werden. Desweiteren wurde die CSP vom SCX-Typ auch für die nichtenantioselektive Analyse einer Reihe von basischen Cinchona Alkaloiden evaluiert. Dabei hat sie sich als alternative, komplementäre stationäre Phase zu den für dieses Trennproblem üblicherweise eingesetzten Chromatographiematerialien vom Umkehrphasentyp herausgestellt. Besagter SCX-SO wurde außerdem in einem Vergleich von Kapillarelektrochromatographie (CEC) und Kapillarflüssigchromatographie (CLC) für die Enantiomerentrennung und in einer Studie eingesetzt, die die elektrokinetischen und chromatographischen Beiträge zur Analytmigration in der enantioselektiven Ionenaustausch-CEC herausarbeitete. Schließlich wurde ein neuartiger Typ einer Ionenaustauscher-basierten CSP entwickelt indem Schlüsselmotive sowohl von Anionentauscher- wie auch Kationentauscher-CSPs in einem, nun zwitterionischen SO-Molekül vereinigt wurden. Die daraus resultierenden zwitterionischen CSPs zeigten nicht nur die im Wesentlichen kombinierten enantioselektiven Eigenschaften der AX- und CX-CSP von denen sie abgeleitet wurden sondern zudem ausgezeichnete Enantioselektivitäten für Aminosäuren und Peptide. Der Zwitterionenaustausch konnte mechanistisch durch simultane doppelte Ionenpaarbildung beschrieben werden. Aufgrund überlagerter Gleichgewichte wurden besondere Effekte bei Retention und Auflösung im Zuge der Optimierung der mobilen Phase beobachtet.
Abstract
(Englisch)
Liquid chromatography (LC) by means of chiral stationary phases (CSPs) is of central importance both as an analytical tool for the separation of enantiomers and also on a preparative scale to give access to bulk quantities of highly enantiopure chiral compounds.
In this work the development of several novel ion exchanger type CSPs based on synthetic low molecular mass chiral selectors (SOs) as the enantioselective functional entities, and their evaluation for enantiomer separations in HPLC are presented.
At first, strong cation exchanger (SCX) type SOs were prepared that contained a beta-amidocyclohexanesulfonic acid as chiral moiety. The corresponding CSPs allowed the baseline enantioseparation of a series of chiral basic drugs. In a separate study on the SCX-type SOs, and in combination with a quinidine-based, oppositely charged anion-exchanger (AX) type SO using HPLC and X-ray diffraction, the molecular recognition mechanism of these AX- and CX-type SOs could be depicted. Furthermore, the SCX-type CSP was evaluated for the nonenantioselective analysis of a series of basic Cinchona alkaloids where it turned out to be an alternative, complementary stationary phase to the reversed-phase packing materials commonly used in this context. The described SCX-SO was also applied in a comparison of capillary electrochromatography (CEC) and capillary liquid chromatography (CLC) for enantioseparations as well as in a study that deconvoluted the electrokinetic and chromatographic contributions to analyte migration in enantioselective ion-exchange CEC. Finally, a novel type of ion-exchanger CSP was developed by combining key motifs of both anion- and cation-exchanger type CSPs into one, now zwitterionic SO molecule. The resulting zwitterionic (ZWIX) CSPs not only essentially combined the enantioselective properties of the parent AX- and CX-type CSPs, but in addition also showed excellent enantioselectivities for zwitterionic amino acids and peptides. Mechanistically the zwitterion exchange could be described by a simultaneous double ion pairing event. Due to the overlaid equilibra particular effects on retention and resolution could be observed in the course of mobile phase optimization.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
chiral enantiomer chiral stationary phase liquid chromatography amino acid
Schlagwörter
(Deutsch)
chiral Enantiomer chirale stationäre Phase Flüssigchromatographie Aminosäure
Autor*innen
Christian Hoffmann
Haupttitel (Englisch)
Synthesis and evaluation of chiral cation and zwitterion exchanger materials for chromatography
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese und Evaluierung von chiralen Kationen- und Zwitterionenaustauschermaterialien für die Chromatographie
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
220 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Francesco Gasparrini ,
Walther Schmid
AC Nummer
AC05038800
Utheses ID
2432
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |